1997년 노벨 생리의학상-새로운 감염 원리의 도래: 프리온 개념의 등장

1997년 노벨 생리의학상-새로운 감염 원리의 도래: 프리온 개념의 등장

1997년 노벨 생리의학상은 스탠리 B. 프루시너(Stanley B. Prusiner)에게 단독 수여되었다. 그는 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 기생충의 알려진 목록에 새로운 종류의 감염원을 추가하며, DNA나 RNA가 전혀 없는 순수 단백질 감염체인 '프리온(prion)'을 발견한 공로로 수상했다. 프리온이라는 이름은 "단백질 감염 입자(proteinaceous infectious particle)"라는 의미에서 비롯되었으며, 이는 기존 생물학의 패러다임을 뒤흔드는 전환점이었다.

 

프리온의 발견: 이중 형태의 단백질

프루시너는 샌프란시스코 캘리포니아 대학교(UCSF)의 신경퇴행성 질환 연구소에서 전염성 해면상 뇌병증(TSEs)을 연구하던 중 프리온을 발견하게 되었다. 특히 그는 스크래피(scrapie)와 크로이츠펠트-야콥병(CJD)과 같은 치명적인 뇌 질환이 전염성이 있다는 점에 주목했다. 1982년, 10년에 걸친 연구 끝에 그는 햄스터의 뇌에서 단일 단백질로만 구성된 감염원 물질을 정제해 냈고,이 단백질은 유전 물질 없이 감염성을 지녔다는 점에서 주목을 받았다.

그는 프리온 단백질이 두 가지 형태로 존재함을 발견했다. 하나는 정상적인 비병원성 구조의 PrPc이며, 다른 하나는 병원성 구조의 PrPSc이다. 특히 후자는 전염성을 가지며, 정상 단백질을 병원성 형태로 변형시키는 연쇄 반응을 통해 뇌 조직을 점차 파괴한다. 이는 질병이 단백질 구조의 변화만으로 전염될 수 있음을 의미한다. 프루시너는 오랜 시간 동안 배양한 후 정상적인 PrPc 단백질을 질병을 유발하는 PrPSc 형태로 전환하는 연쇄 반응을 시작하여 뇌 조직을 파괴할 수 있다는 사실을 실험적으로 증명했다.

 

Prion

실험적 증명과 초기의 논란

프루시너의 실험 결과는 처음에는 학계에서 큰 반발을 불러일으켰다. 바이러스학자들은 감염체에 유전물질이 없어야 한다는 주장에 회의적이었으며, 많은 과학자들은 스크래피와 CJD를 유발하는 스크래피 바이러스의 핵산을 찾는 데 인생을 바쳐왔다. 그는 수많은 실험을 통해 제제에 핵산이 없다는 것을 증명했지만, 그로 인해 UCSF 내에서도 연구 지속이 위태로웠고, 하워드 휴즈 의학 연구소로부터는 자금 지원 중단 통보까지 받았다.

그는 프리온 입자에 대한 확신을 유지하며 실험을 반복했고, 스크래피에 감염된 뇌 조직에서 오직 단백질로만 구성된 제제를분리해 냈다.그러나 당대의 과학계는 여전히 '스크래피 바이러스'의 존재를 신봉하고 있었고, 그 누구도 비핵산성 감염체라는 개념을 받아들이지 않았다. 프루시너는 연구 논문이 거절당하고, 동료들로부터 무시당하기도 했지만 과학적 진실에 대한 신념을 버리지 않았다. 1982년, 그의 획기적인 사이언스(Science) 논문이 발표되면서 분위기는 반전되기 시작했고, 그의 이론은 서서히 설득력을 얻어갔다.

이후 2004년, 프루시너 연구팀은 흔히 광우병으로 알려진 소 해면상 뇌병증(BSE)의 확산에서 프리온의 역할을 밝혀내며 결정적인 성과를 이루었다. 이는 비평가들을 잠재우는 계기가 되었으며, 프리온 이론은 단순한 가설을 넘어서 하나의 확립된 과학적 사실로 자리 잡게 되었다.

 

생물학적 의의와 의학적 확장성

프루시너의 발견은 감염성 질환의 정의를 근본적으로 재구성했다. 유전물질 없이 단백질 하나만으로 질병이 전파될 수 있다는 개념은 기존의 병원체 모델을 뛰어넘는 새로운 생물학적 메커니즘을 제시했다. 특히 이 발견은 알츠하이머병, 파킨슨병 등 다양한 신경퇴행성 질환의 병인 이해에 직접적인 영향을 미쳤다.

그의 연구는 단지 프리온 질환을 설명하는 데 그치지 않았다. 프루시너는 프리온 단백질이 'altered self' 개념을 통해 신체 내 정상 단백질을 병원성 구조로 전환시키는 전염성을 지닌다는 점에서, 단백질 병리학의 새로운 패러다임을 제시했다. 프루시너는 이러한 발견이 단백질 자체가 정보를 저장하고 전달하는 생물학적 기능을 수행할 수 있다는 가능성을 시사하며, 생명과학의 범위를 넓히는 데 기여했다.

UCSF 부총장 제프리 블루스톤은 "프루시너 박사의 연구는 프리온 질환뿐만 아니라 다른 신경 퇴행성 질환의 치료 접근법에도 큰 영감을주었다"라고 평가했다. 그의 연구는 전통적인 병원체 중심의 패러다임을 넘어, 단백질 기능 이상이 어떻게 치명적인 질병을 유발할 수 있는지를 규명하는 출발점이 되었다.

 

과학적 고립과 궁극적 인정

프루시너가 프리온 이론을 처음 발표했을 당시, 그는 과학계에서 외로운 존재였다. 그는 UCSF에서 임기가 위태로웠고, 연구비 지원도 끊길 위기에 놓였으나, 1982년 발표한 논문이 그의 연구 생명을 연장시켰다. 수년간의 실험과 수많은 비판 속에서도 그는 프리온 이론을 굽히지 않았고, 결국 1997년 노벨위원회는 그의 업적을 인정하며 그에게 생리의학상을 수여했다.

그는 노벨상 수상 연설에서 "왜 이렇게 논란 많은 주제를 고집했는가"라는 질문에 대해, "소수의 사람만이 그 의미를 이해할 수 있을 정도로 새로운 주제를 탐구할 수 있는 기회를 가진 것은 큰 행운"이라고 답했다. 그의 말은 결국 과학적 진실에 대한 확신과 끈기의 중요성을 되새기게 한다.

 

오늘날의 프루시너와 연구 유산

수상 이후 프루시너는 UCSF 미션 베이에 약 40만 평방피트 규모의 신경과학 연구 센터 설립에 기여했다. 이곳은 파킨슨병, 알츠하이머병, 뇌전증, CJD 등을 포함한 다양한 뇌 질환을 연구하는 과학자들이 협력하는 전 세계적 거점이 되었다. 그는 여전히 신경퇴행성 질환 연구에 매진하고 있으며, 프리온이라는 단백질 하나가 생물학과 의학의 지형을 어떻게 바꾸었는지를 증명해 보이고 있다.

그는 지속적으로 신경과학과 감염성 단백질 질환에 대한 연구를 이끌며, 신경 퇴행성 질환의 조기 진단과 치료 전략 개발에도 영향을 미치고 있다. 프루시너의 과학적 여정은 비전통적인 이론에 대한 끊임없는 도전과, 과학적 확신이 어떻게 현실의 의학과 치료법을 바꾸는지에 대한 생생한 예가 되었다.

프루시너의 연구는 단백질 병리학의 미래를 여는 단초가 되었고, 그의 도전은 새로운 과학적 가능성에 대한 문을 여는 중요한 교훈으로 남았다.